[发明专利]数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法

权利要求书

1.一种数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、建立以下四个约束条件的模型：

1)优先约束条件：化学反应的优先顺序定义了数字微流控生物芯片设计期间的对于不同操作的执行顺序；所述优先约束条件的建模具体包括：

针对一系列的连锁生物化学反应，根据反应物之间的相互依赖关系，建立有向图定义生物化学反应之间的约束关系，记为G＝{O,P}，图G中的O,P两项参数定义如下：

O＝{o₁,o₂,…,o_n}：表示一系列的生物化学反应；

P＝{p₁,p₂,…,p_m}：表示两个化学反应之间的优先约束条件，m≥n；

2)资源约束条件：确保整个系列生物化学反应使用每种类型的化学药剂，均不超过其资源限制的上限；资源约束条件的建模具体包括：

定义化学反应的药剂a用量为m_a,药剂a总量为M_a，资源约束条件的模型为：

3)重叠约束条件：确保了系列生物化学反应在同一个时间点不会在同一个位置执行；重叠约束条件的建模具体包括：

定义一个C_x,y∈{0,1}：表示化学试剂是否可以存在于点(x,y)，若C_x,y＝1，表示该点可以放置化学试剂，将其视为一个空闲单元格；若C_x,y＝0，表示该点已经被占用，不能再存在与当前不同的化学试剂；

重叠约束条件的模型为：

∑_x,yC_x,y(L)≤1,所有的试剂L；

4)流体约束条件：定义了数字微流控生物芯片液滴之间的最小间距；将数字微流控生物芯片进行单元化，即将数字微流控生物芯片根据既定的工业尺寸标准分为若干个单元格，每个单元格的左下角为单元格的起点，每个单元格的坐标分别以其与起点单元格的相对位置计算，记为(x,y)，在数字微流控生物芯片上，化学药剂以单元格为单位进行移动、留存、反应，以保证满足流体约束条件；

S2、建立连锁生物化学反应在数字微流控生物芯片上完成总时间的目标模型：

其中，{o₁,o₂,…,o_n}代表实验的所有的操作集，n≥2，t(o_i)代表每一个操作o_i的执行时间；

S3、基于马尔可夫决策，根据所述四个约束条件的模型求解所述完成时间的目标模型的最优解；

S4、根据所述最优解，控制数字微流控生物芯片上生物化学反应的实现过程。

2.根据权利要求1所述的数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

建立拓扑关系图G＝{O,P}；

其中，拓扑关系图根据化学反应的依赖关系，产生有向边，图中的每一个节点即为一个化学反应；

然后从拓扑关系图G中根据有向图的优先顺序进行搜索，判断是否存在还未进行和完成的化学反应；如果有，则从中选取预设个节点进行马尔可夫决策，并根据决策结果更新G，然后重新判断G中是否存在没有使用的节点，直至G中不存在没有使用的节点；

得出最终的G作为最优解。

3.根据权利要求1所述的数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法，其特征在于，步骤S1中的流体约束条件中所述最小间距为芯片上的一个单元格。